潘高產(chǎn)

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

硫化礦浮選體系中滑石的可浮性研究

潘高產(chǎn)

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章通過浮選試驗、接觸角測量等研究了硫化礦浮選體系中滑石的可浮性。研究結(jié)果表明:滑石具有不受pH影響的天然可浮性,硫化礦浮選體系中戊基鉀黃藥(PAX)和金屬離子不會影響滑石的可浮性;滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角低于層面,約小10°,弱堿性條件下PAX和金屬離子不會影響滑石的表面潤濕性;弱堿性硫化礦浮選體系中滑石具有良好的可浮性。

滑石;硫化礦;浮選;天然可浮性

多數(shù)硫化礦的生成與基性或超基性巖有關(guān),因此硫化礦中脈石礦物組成十分類似[1]?；鳛榱蚧V礦石中常見的脈石礦物之一,它是層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽,莫氏硬度為1,理論MgO含量31.72%,滑石層內(nèi)為離子鍵、層間為分子鍵,表面呈非極性,疏水性較強[2,3]。磨礦過程中滑石易碎,會產(chǎn)生層面和斷面兩種不同性質(zhì)的表面[4,5],硫化礦浮選中滑石形成的大量易浮礦泥致使硫化礦物與滑石難以有效分離[6,7]。目前為止,硫化礦浮選中滑石的浮選行為研究仍然較少,因此,本文詳細(xì)研究了硫化礦浮選體系中滑石的可浮性,可供硫化礦浮選消除滑石和降低氧化鎂含量時參考。

1 試 驗

1.1 礦樣與試劑

滑石、黃鐵礦、硫化銅鎳礦經(jīng)人工破碎、手選后,挑選結(jié)晶完好的滑石塊供磨片使用,其余礦樣再次破碎后用瓷球磨磨礦、干式篩分,制取粒度小于0.150 mm礦樣供浮選試驗使用。礦樣名稱和主要礦物組成列于表1。

表1 礦樣名稱和主要礦物組成%

試驗中調(diào)整劑鹽酸、氫氧化鈉、氯化鎂、氯化鈣、氯化銅、氯化鐵和氯化鎳均為分析純;捕收劑戊基鉀黃藥(PAX)為工業(yè)品;起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)為工業(yè)品。試驗用水是一次蒸餾水。

1.2 浮選試驗

礦樣準(zhǔn)備:滑石浮選時2.0 g滑石直接使用;人工混合礦浮選時適量黃鐵礦、硫化銅鎳礦加50 mL蒸餾水置入燒杯中用超聲波清洗6 min,靜止1 min后倒掉懸浮液,燒杯底部礦樣與2.0 g滑石混合后進(jìn)行浮選試驗。浮選設(shè)備:XFG型掛槽式浮選機,槽容積40 mL。浮選流程與條件:浮選試驗流程如圖1所示;浮選溫度為室溫;浮選試驗起泡劑MIBC用量為8.5 mg/L。產(chǎn)品處理:浮選泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱重后計算產(chǎn)率;單礦物滑石浮選后其回收率等于泡沫產(chǎn)品產(chǎn)率,人工混合礦通過化學(xué)分析MgO含量計算滑石回收率。

圖1 浮選試驗流程

1.3 接觸角測量

利用JJC-1型潤濕接觸角測量儀進(jìn)行潤濕接觸角測量試驗。將滑石塊制成2×2×2 cm3方塊,調(diào)漿前用軟毛刷沾水多次刷洗滑石表面。礦塊按照浮選條件加藥調(diào)漿,然后自然晾干,用水滴法測量接觸角∠BOC,水滴直徑約2～3 mm,每個條件測量5次,去掉最大值和最小值計算平均值。接觸角測量示意圖如圖2所示。

圖2 接觸角測量示意圖

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 滑石可浮性

2.1.1 pH對滑石可浮性的影響

圖3是pH對滑石浮選回收率的影響。由圖3曲線可知,在較寬pH值(pH=3～11)范圍內(nèi),僅添加8.5 mg/L起泡劑MIBC,滑石就具有90%左右的浮選回收率,可見滑石具有不受pH值影響的天然可浮性。

圖3 pH對滑石浮選回收率的影響

2.1.2 PAX和金屬離子對滑石可浮性的影響

圖4是PAX和金屬離子對滑石浮選回收率的影響。由圖4曲線可知,隨PAX用量增大,滑石回收率幾乎沒有變化,說明PAX沒有吸附在滑石表面,硫化礦捕收劑PAX不會影響滑石的可浮性。pH =8.5時,隨Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ni2+和Cu2+等金屬離子用量增加,滑石回收率變化不大,可見硫化礦浮選體系中的難選金屬離子不會影響滑石的可浮性。圖5是混合體系對滑石可浮性的影響。金屬離子和硫化礦捕收劑PAX共存的體系不會影響滑石的浮選回收率和可浮性。

圖4 PAX和金屬離子對滑石浮選回收率的影響

圖5 混合體系對滑石可浮性的影響

2.1.3 硫化礦含量對滑石可浮性的影響

圖6所示為人工混合礦浮選分離時硫化礦含量對滑石浮選回收率的影響。隨黃鐵礦和硫化銅鎳礦含量增加,滑石浮選回收率始終保持在85%左右,可見硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性,這與滑石單礦物試驗結(jié)果一致。

2.2 滑石表面潤濕性

圖6 硫化礦含量對滑石浮選回收率的影響

圖7是pH對滑石表面潤濕性的影響。在較寬pH值范圍內(nèi),滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角明顯低于層面,約小10°,滑石表面潤濕性較差,疏水性較好。圖8、圖9、圖10分別是PAX和Mg2+、 Ca2+和Fe3+、Cu2+和Ni2+用量對滑石表面潤濕性的影響。這些圖中曲線有著共同的規(guī)律:硫化礦捕收劑PAX和金屬離子幾乎不影響滑石的表面潤濕性,在這些難選組分作用下,滑石始終保持著較好的疏水性,因此,硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性?；牧己帽砻鏉櫇裥院芎玫亟忉屃嘶皇芰蚧V浮選體系影響而上浮的現(xiàn)象。

圖7 pH對滑石表面潤濕性的影響

圖8 PAX和Mg2+用量對滑石表面潤濕性的影響

2.3 討 論

滑石是層狀鎂硅酸鹽礦物,它的晶體結(jié)構(gòu)是由三個基本結(jié)構(gòu)層組成結(jié)構(gòu)單元層后堆砌而成(如圖11所示),每個結(jié)構(gòu)單元層中,上下兩層均系硅氧四面體,尖端彼此相對,中間夾著氫氧鎂石層[8]。結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)電荷平衡,層間沒有離子填充,結(jié)構(gòu)單元層間是微弱的分子鍵,層內(nèi)原子間為共價鍵和離子鍵[9]?；瘜訝罱Y(jié)構(gòu)中硅氧四面體所有未飽和的氧都分布在結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)側(cè),分布在結(jié)構(gòu)單元層外側(cè)的氧都達(dá)到了價鍵飽和,因此滑石層面沒有極性,呈疏水性;滑石端面由斷裂的Si-O和Mg-O(OH)組成,這些未飽和的共價鍵和離子鍵使滑石端面具有親水性[10]。

圖9 Ca2+和Fe3+用量對滑石表面潤濕性的影響

圖10 Ni2+和Cu2+用量對滑石表面潤濕性的影響

圖11 滑石結(jié)構(gòu)單元層

破碎時滑石容易沿層間結(jié)合力較弱處解理,解理后滑石表面以層面為主[11],Zbik等[12]認(rèn)為粒徑小的滑石顆粒,其端面對總表面的比率較高,對于微米級的滑石顆粒,其端面對總表面的比率為13%, Morris等[11]也認(rèn)為滑石顆粒表面90%是疏水的層面。因此,滑石的晶體結(jié)構(gòu)和解離特性決定了滑石具有良好的疏水性和可浮性,僅在起泡劑MIBC作用下,就可以得到90%左右的滑石回收率,所以滑石具有天然可浮性。

滑石化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,一般不和強酸、強堿發(fā)生作用[13],隨pH變化,滑石表面性質(zhì)基本不發(fā)生改變,所以其可浮性不受pH影響?；诤軐挼膒H范圍內(nèi)荷負(fù)電,且在堿性條件下隨pH升高滑石表面動電位負(fù)值增大,這是因為滑石端面具有鍵合羥基的能力[9]。在弱堿性的硫化礦浮選體系中,硫化礦表面溶解的金屬離子會與滑石端面競爭吸附礦漿中的羥基,并且金屬離子會優(yōu)先與礦漿中的羥基作用,同時,硫化礦捕收劑與金屬離子具有較強的鍵合作用,因此,占比表面積較小的滑石端面與金屬離子的作用十分微弱,這對滑石天然可浮性的影響極其微小。弱堿性硫化礦浮選體系中,滑石具有良好的可浮性,這種可浮性不受硫化礦捕收劑和難選金屬離子的影響。含滑石硫化礦浮選時,可以利用滑石的天然可浮性通過預(yù)先浮選將其脫除,也可以通過高效抑制劑先抑制滑石再浮選硫化礦。

3 結(jié) 論

1.滑石具有不受pH影響的天然可浮性。弱堿性條件下,滑石的可浮性不受硫化礦捕收劑和金屬離子的影響,硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性。

2.滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角低于層面,約小10°;滑石表面以疏水層面為主。

3.含滑石硫化礦浮選時可以通過預(yù)先浮選脫除滑石和添加抑制劑抑制滑石。

[1] 胡熙庚.有色金屬硫化礦選礦[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 1992.

[2] 周樂光.礦石學(xué)基礎(chǔ)(2版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002. [3] 郭夢熊.浮選[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1989.

[4] Wang J,Somasundaran P,Nagaraj D R.Adsorption mechanism of guar gum at solid-liquid interfaces[J].Minerals Engineering, 2005,(18):77-81.

[5] Morris G E,Fornasiero D,Ralston J.Polymer depressants at the talc-water interface:adsorption isotherm,microflotation and electrokinetic studies[J].International Journal of Mineral Processing, 2002,(67):211-227.

[6] 董興旺,劉俊,鄭力,等.銅鎳硫化礦浮選預(yù)脫泥的試驗研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2003,(2):28-30.

[7] Beattie D A,Huynh L,Kaggwa G B,et al.Influence of adsorbed polysaccharides and polyacrylamides on talc flotation[J].International Journal of Mineral Processing,2006,(78):238-249.

[8] 南京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦教研室.結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1978.

[9] 孫傳堯,印萬忠.硅酸鹽礦物浮選原理[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

[10] Charnay C,Lagerge S,Partyka S.Assessment of the surface heterogeneityof talc materials[J].Journal of Colloid and Interface Science,2001,(233):250-258.

[11] Morris G E,Fornasiero D,John Ralston.Polymer depressants at the talc-water interface:adsorption isotherm,microflotation and electrokinetic studies[J].Int.J.Miner.Process.,2002,(67):211 -227.

[12] Zbik M,Smart R St C.Dispersion of kaolinite and talc in aqueous solion:nano-morphology and nano-bubble entrapment[J].Mineral Engineering,2002,(15):277-286.

[13] 鄧敦彪.淺談永豐滑石礦開發(fā)與利用[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,1995,(4):16-18.

Abstract:Talc flotability in the system of sulfide minerals flotation was studied through flotation tests and contact angle measurement.Results show that talc has natural floatability which not affected by pH value.In the system of sulfide minerals flotation,potassium amyl xanthate(PAX)and metal ions would not change the good floatability of talc.Contact angle of talc on lay face is about 69°,that on edge face about 10°lower than lay face.In the alkaline condition,PAX and metal ions could not influence the surface wettability of talc and talc still has good floatability in the sulfide minerals flotation system.

Key words:talc;sulfide minerals;flotation;natural flotability

Study on Talc Floatability in the System of Sulfide Minerals Flotation

PAN Gao-chan
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

TD952

A

1003-5540(2012)01-0009-04

2011-09-19

潘高產(chǎn)(1983-),男,工程師,主要從事選礦工藝研究和浮選藥劑開發(fā)工作。